Способ получения механической волокнистой массы и устройство для его осуществления

Предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Изобретение основано по меньшей мере на двух рафинерах, расположенных таким образом, что смесь щепы, воды и пара сначала подается в первый рафинер, где щепу размалывают, а поток массы из первого рафинера затем поступает во второй рафинер для размола волокон до окончательной степени помола. Поток массы из пара и волокон подается по меньшей мере в первый рафинер благодаря энергии вращения ротора рафинера, так что обратного потока пара, по существу, не возникает. Поток массы, обеспечивающий работу первого рафинера, полностью подается во второй рафинер, при этом пар не отделяется от массы перед вторым рафинером. Обеспечивается пониженное энергопотребление на одну тонну продукции. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к получению термомеханической волокнистой массы путем размола с использованием по меньшей мере одного рафинера.

Изобретение также относится к устройству для осуществления этого способа.

В процессе размола древесина в форме щепы вместе с водой подается в узкий зазор между статором и ротором рафинера. Зазор сужается в поперечном сечении от центра рафинера к внешнему периметру. Поверхности ротора и статора имеют стержни с лезвиями для размола древесины с образованием волокнистой массы. Щепа разделяется на волокна и фибриллируется, проходя через рафинер. Размол может осуществляться в одном рафинере или может быть продолжен в последующих рафинерах.

Щепа подается в центр рафинера, в первую очередь ударяется о лезвия размольных стержней и при этом дробится на куски. Размол этих кусков начинается при их соударении между собой и с лезвиями ротора и статора. Центробежная сила выталкивает эту смесь древесины и волокнистой массы, состоящую из крупных частиц, наружу в радиальном направлении в уменьшающемся дисковидном зазоре между пластинами ротора и статора. При взаимодействии ротора, статора и волокон волокнистый материал разделяется на волокна и фибриллируется до окончательной степени помола. При соударении волокнистой массы и лезвий стержней ротора, а также соударении волокон между собой на трение между волокнистой массой и поверхностями сегментов и внутреннее трение в фазе волокнистой массы расходуется значительное количество энергии. Эта энергия преобразуется в тепло, что увеличивает температуру воды и волокнистой массы и приводит к испарению воды. Образующийся при этом пар интенсивно воздействует на поток волокнистой массы в дисковидном зазоре. В зависимости от давления перед рафинером и за ним часть пара перемещается обратным током в направлении подачи щепы, а часть движется вперед вместе с потоком волокнистой массы. Поток пара ограничен узким дисковидным зазором, поэтому давление и температура в этом зазоре могут быть значительно выше, чем в корпусе рафинера или в месте подачи. Тепло в процессе размола меняет реологические свойства древесины и волокнистой массы и оказывает значительное воздействие на окончательное качество волокнистой массы.

Очень часто в процессе размола используют два последовательных рафинера. В ходе такого процесса один раз размолотые необработанные волокна выходят из первого рафинера вместе с паром, причем скорость выпуска пара и щепы используют для транспортировки волокон ко второму рафинеру. Так как в первом рафинере образовывается большое количество пара, излишек пара должен быть удален из потока перед подачей щепы во второй рафинер. Таким образом, поток, выходящий из первого рафинера, поступает в циклон, где излишек пара отделяется. Отделенный пар может быть подан в первую ступень размола. Из циклона дефиброванное волокно подается во второй рафинер, где происходит его размол до окончательной степени помола. После второго рафинера смесь волокна и пара подается во второй циклон для отделения пара от волокна.

Такой процесс требует расхода большого количества энергии на каждую тонну произведенной волокнистой массы. Один из факторов, увеличивающих количество требуемой энергии, - образование пара в рафинерах. Пар необходим для транспортировки размолотой волокнистой массы в рафинере между статором и ротором или от ротора к ротору, главным образом, от первого рафинера ко второму. В данных процессах для транспортировки волокнистой массы требуется большое количество пара. Этот излишек пара должен быть удален из потока волокна перед его подачей во второй рафинер. Пар или вода также требуются для охлаждения волокон, нагретых благодаря трению, возникающему между дисками рафинера. При неправильной консистенции волокнистой массы время нахождения массы в рафинере может увеличиться, при этом масса может быть перегрета и может потемнеть.

Увеличенное время нахождения в рафинере также изменяет результат размола и качество волокнистой массы.

При стандартном процессе пар отделяют от волокна в интервале между разными ступенями размола. Этот пар обычно используют в бумагоделательной машине, так что в корпусе рафинеров первой ступени и на подаче рафинеров второй ступени требуется создать очень высокое давление.

Целью настоящего изобретения является создание способа получения термомеханической волокнистой массы и устройства для его осуществления, обеспечивающих пониженное энергопотребление на одну тонну продукции.

Согласно изобретению, по меньшей мере два рафинера скомбинированы таким образом, что смесь щепы, воды и пара сначала подается в первый рафинер, где щепу размалывают, а поток массы из первого рафинера затем поступает во второй рафинер для размола волокон до окончательной степени помола. Поток массы из пара и волокон подается по меньшей мере в первый рафинер благодаря энергии вращения ротора рафинера, так что обратного потока пара, по существу, не возникает. Поток массы, обеспечивающий работу первого рафинера, полностью подается во второй рафинер, при этом пар не отделяется от массы перед вторым рафинером.

Более подробно отличия предлагаемого способа размола охарактеризованы в отличительной части п.1 формулы изобретения.

Отличия устройства для реализации описанного способа охарактеризованы в отличительной части п.9 формулы изобретения.

Изобретение имеет существенные преимущества.

Самое важное преимущество изобретения - это уменьшение количества энергии, затрачиваемой на производстве волокнистой массы. Кроме того, свойства производимой волокнистой массы, такие как цвет и длина волокна, можно изменять, влияя на условия процесса в соответствии с изобретением. Приведут ли эти изменения к улучшению свойств волокна зависит от того, какие свойства требуются для производства конечного продукта. Так как для производства разных типов продукции требуются различные качества волокна, волокнистая масса в соответствии с изобретением лучше подходит для некоторых видов продукции, следовательно, улучшение качества волокна зависит от сорта бумаги. Однако изобретение предоставляет расширенные возможности для управления продолжительностью обработки волокнистой массы и другими параметрами процесса, что позволяет при производстве волокнистой массы точнее следовать конкретным требованиям к свойствам массы и таким образом повысить ее качество.

Средняя продолжительность обработки волокнистой массы в рафинерах меньше, чем в известных системах, а максимальные температуры также понижены. Колебания температуры также меньше. Поэтому риск потемнения волокнистой массы меньше, и обеспечена возможность производства более светлой волокнистой массы. Для улучшения свойств волокна можно свободно выбирать давление на участке от корпуса предыдущей ступени до следующей ступени. Благодаря пониженному рабочему давлению нагрузки на детали устройства уменьшаются, вследствие чего подшипники, рама и другие части устройства могут быть выполнены с расчетом на более низкие нагрузки. Для регулирования температуры в рафинере не требуется механизм подачи воды или пара, при этом пар не образуется в рафинере.

Цели и признаки изобретения раскрывается в нижеследующем подробном описании со ссылками на прилагаемый чертеж. Следует однако отметить, что чертеж предназначен только для пояснения, а не для ограничения объема изобретения, который задан прилагаемой формулой изобретения.

На чертеже изображены основные части линии по производству волокнистой массы. Первое устройство в конвейере - бункер 1, в который подают заранее полученную древесную щепу. В днище бункера 1 расположен подающий шнек 2 для удаления щепы из бункера 1 и подачи ее дальше по конвейеру. Далее по конвейеру расположен первый рафинер 3, в который щепа поступает посредством подающего шнека 4. Рафинер 3 приводится в движение электродвигателем 5, вращающим ротор рафинера. Ротор взаимодействует с неподвижным статором и размалываемая щепа перемещается в зазоре между статором и ротором. Благодаря силе вращения ротора смесь щепы и пара проталкивается в зазоре, а подаче щепы способствует отсутствие избыточного давления в зазоре. По этой причине не требуется дополнительной подачи пара и может поддерживаться оптимальная консистенция смеси.

Из первого рафинера 3 смесь пара и один раз размолотое волокно подается на подающую трубу 6 второго рафинера 7 под действием силы ротора. Второй рафинер приводится в движение электродвигателем 8. Общий объем массы, обеспечивающий работу первого рафинера 3, поступает во второй рафинер 7, где осуществляется размол волокна до окончательной, требуемой степени помола. Как и в первом рафинере, под действием силы вращения ротора смесь волокнистой массы/пара направляется к периметру рафинера, где смесь выходит в выпускной трубопровод 9. Вся масса, обеспечивающая работу первого рафинера 3, поступает во второй рафинер. Такая возможность обусловлена тем, что волокнистая масса перемещается только под действием силы вращения рафинера, так что не требуется подавать в рафинер дополнительного пара для создания разности давлений в рафинере и перемещения волокнистой массы. Таким образом, не требуется и отделения пара между рафинерами, и консистенция смеси волокнистой массы/пара, обеспечивающей работу первого рафинера, подходит для подачи во второй рафинер. Наконец, поток массы, обеспечивающий работу второго рафинера, подается в циклон 10, где пар отделяется от волокон, а волокна передаются дальше подающим шнеком 11. Пар, отделенный от волокон, может быть возвращен в первый рафинер 3 по возвратному трубопроводу 12 или может быть выведен по трубопроводу 13 для применения в других целях.

Одним из существенных признаков изобретения является то, что поперечное сечение канала перемещения смеси волокнистой массы/пара, который начинается у выхода из первого рафинера, проходит до подачи второго рафинера и оканчивается у зазора между статором и ротором второго рафинера, не увеличивается по длине этого канала. Если требуется увеличить скорость смеси, этот канал может быть выполнен уменьшающимся в поперечном сечении. Давление по длине подающей трубы 6 второго рафинера 7 постоянно и любое необходимое ускорение может быть обеспечено уменьшением поперечного сечения подающего канала. Скорость потока массы не должна уменьшаться в подающем трубопроводе рафинеров. Это влияет на среднюю продолжительность обработки волокна или среднюю скорость потока массы, так для небольших частей потока скорость или время обработки могут сильно отличаться на различных этапах процесса. Применения подающих механизмов между рафинерами не требуется.

Еще одной особенностью изобретения является, по существу, отсутствие образования пара в рафинерах. Весь пар, необходимый для образования несущей среды для волокна, подается в первый рафинер, при этом в рафинеры может быть добавлено очень малое количество воды, так что основная часть пара образуется при испарении влаги из щепы. Поэтому на нагрев для образования пара передается всего лишь небольшое количество энергии рафинеров. Так как в первом рафинере дополнительного пара по сути не образуется, нет необходимости в применении циклона для отделения пара, установленного между рафинерами. А так как между разными ступенями размола нет циклона, время обработки волокна составляет 50% от продолжительности процессов с использованием циклона. Очевидно, что если в ходе процесса для управления энергетическим балансом рафинеров, например для понижения температуры процесса, воду не добавляют, энергетическим балансом процесса необходимо управлять каким-то другим способом. В соответствии с изобретением этого достигают, используя насосное действие роторов рафинеров для транспортировки потока массы в ходе процесса. Так как энергия вращения рафинеров направляется для воздействия на волокно и транспортировки смеси пара/волокнистой массы, не требуется охлаждения рафинеров посредством подачи большого количества воды в ходе процесса. Так как для подачи волокнистой массы требуется лишь небольшой перепад давления в рафинерах, нет необходимости в образовании пара и для других целей. Для улучшения качества волокна давление от корпуса предыдущей ступени до следующей ступени можно свободно изменять. На то, что процесс протекает должным образом, указывает то, что пар не поступает обратно в рафинеры или поступает, но в ничтожных количествах.

В вышеуказанном примере описан способ, в котором применяются две ступени размола. Очевидно, что количество ступеней размола при необходимости может быть больше. В соответствии с изобретением две последовательные ступени размола могут быть расположены в любом месте процесса. Изобретение также может быть выполнено с одним двухступенчатым рафинером, в котором ступени размола организованы таким образом, что работают согласно изобретению. Известно три варианта выполнения рафинеров для массы высокой консистенции: однодисковый, двухдисковый и с коническим диском. В типичном рафинере Метсо Пейпер за плоской зоной размола следует зона размола конической формы.

Таким образом, наряду с тем, что в данном изобретении показаны, описаны и указаны основные новые признаки изобретения применительно к предпочтительному варианту выполнения изобретения, очевидно, что какие-то его части специалистами могут быть исключены или заменены без отклонения от сущности изобретения. Например, предполагается, что все комбинации элементов и/или ступеней способа, обеспечивающие получение, по существу, одного результата, входят в объем изобретения. Следует также указать, что иллюстрации не обязательно выполнены в масштабе, а являются по сути схематическими. Таким образом, изобретение ограничено в соответствии с тем, что указано в объеме притязаний прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ получения волокнистой массы из древесной щепы с использованием по меньшей мере двух ступеней размола, образованных двумя независимыми рафинерами или скомбинированными зонами размола, расположенными в одном рафинере, включающий по меньшей мере следующие этапы:

подачу по меньшей мере древесной щепы и воды на первую ступень размола (3),

использование первой ступени размола (3) для разделения щепы на волокна,

удаление потока пара и волокнистой массы из первой ступени размола (3),

подачу потока массы из размолотого волокна и пара на вторую ступень размола (7), а также

удаление потока пара и волокнистой массы из следующего рафинера (7), отличающийся тем, что

подачу потока смеси массы из размолотого волокна и пара по меньшей мере на первую ступень размола производят благодаря энергии вращения ротора рафинера, так что обратного потока пара, по существу, не возникает,

смесь волокнистой массы и пара, обеспечивающую работу первого рафинера, полностью передают во второй рафинер без отделения пара от потока, при этом

указанную смесь подают по каналу, поперечное сечение которого неизменно или по меньшей мере уменьшается между выходом из первой ступени размола (3) и подачей во вторую ступень размола.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пар, подаваемый в первый рафинер и образующийся в нем, формирует несущую среду для размалываемой массы.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время обработки волокнистой массы составляет менее 50% продолжительности сопоставимых процессов с использованием циклона между ступенями рафинера.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что пар отделяют от волокнистой массы после второго рафинера (7) и по меньшей мере часть пара подается назад в первый рафинер (3).

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что для улучшения свойств волокна можно свободно выбирать давление на участке от корпуса предыдущей ступени до следующей ступени.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что пар отделяют от волокна после второго рафинера (7) и подают обратно в первый рафинер (3).

7. Способ по любому из пп.1, 2 или 4-6, отличающийся тем, что средняя скорость потока массы поддерживается постоянной или предпочтительно увеличивается, по меньшей мере, между выходом из первого рафинера (3) и подачей во второй рафинер.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в ходе процесса пар отделяется только однажды.

9. Устройство для получения волокнистой массы из древесной щепы, включающее:

по меньшей мере две ступени размола, образованные двумя отдельными рафинерами или зонами размола, расположенными в одном рафинере,

средства подачи (4) древесной щепы в первую ступень размола, а также

транспортные средства для передачи массы, обеспечивающей работу первой ступени размола (3), во вторую ступень размола (7), отличающееся тем, что поперечное сечение канала перемещения потока по меньшей мере между выходом из первой ступени размола (3) и подачей второй ступени размола является постоянным или предпочтительно уменьшается, а также тем, что подачу потока смеси массы из размолотого волокна и пара по меньшей мере на первую ступень размола производят благодаря энергии вращения ротора рафинера, так что обратного потока пара, по существу, не возникает.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно выполнено с циклоном (10) для отделения пара от потока массы, обеспечивающего работу второго рафинера.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно выполнено с возвратным трубопроводом (12) для подачи по меньшей мере части пара, отделенного от потока массы, в первый рафинер.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что ступени размола образованы двумя отдельными рафинерами.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что ступени размола образованы одним двухступенчатым рафинером.